[지식 이모저모] 아직도 100년 전 아인슈타인의 숙제를 풀고 있는 과학자들 ㄷㄷ

아직도 100년 전 아인슈타인의 숙제를 풀고 있는 과학자들 ㄷㄷ - YouTube

영상 핵심 요약

point

중력 = 관성력
우주의 관성력으로 빛이 휘면, 중력에 의해서도 휜다
시공간의 곡률에 따라 빛이 휘어보일 수 있다

상대성 이론

아인슈타인 이전의 천문학자들은 태양과 가장 가까운 수성의 궤도가 일정하지 않다는 것을 알게 됨

아인슈타인은 어떻게 설명할 수 있을까 고민하다가, 그 유명한 '상대성 이론' 논문을 발표했다

엘리베이터를 이용해 상대성이론을 설명할 수 있다
(이 설명에서의 엘리베이터는 창문이 없다)

1) 지구
A라는 사람이 엘리베이터에 있으면 중력에 의해 바닥에 붙어 있어 지구라는 것을 인지할 수 있다

2) 우주
같은 조건으로 사람과 엘리베이터를 우주에 옮기면 몸이 뜨기 때문에 우주라는 것을 알 수 있다
하지만, 엘리베이터를 위로 가속시켜 올린다고 가정해보자
이때, A의 발은 바닥에 붙어 있을 것이다.
이때, 중력은 두 가지로 나누어진다
'우리가 알고 있는 중력'과 '우주 공간에서 빠르게 이동하며 받는 중력'인데 이것은 구분이 불가하다
후자의 중력은 관성력이다

그전에,
지구에서는 공을 던지면, 포물선을 그리며 떨어진다
우주에서는 일직선으로 날아간다

하지만 우주에서 올라가는 엘리베이터에서 공을 던지면 똑같이 포물선을 그린다
즉, A는 엘리베이터에 붙어 있고 공은 포물선으로 떨어지는 모습인데, 이는 지구에서와 같다

지구에서는 중력에 의해, 우주에서는 관성력에 의해서다
여기서, 본질적으로 중력과 관성력의  본질은 같다라는 것을 알 수 있다
이것을 '아인슈타인의 등가원리'라고 한다

다른 실험으로,
위와 같은 엘리베이터에서 램프를 킬 것이다
원래, 우주에서의 빛은 일직선으로 움직이지만 이 조건에서도 공과 같이 빛이 떨어지는 것처럼 보일 것이다
이렇게 관성력에 의해 빛이 휜다면, 중력에 의해서도 빛이 휜다는 가능성이 있다는 걸 알 수 있다

이렇게 별 태양 지구 일직선으로 있으면, 지구에서 우리는 별빛을 못 볼 것이다
하지만, 별빛이 태양 중력에 의해서 휜다면?

천문학자들은 이를 확인하고 싶어했다
하지만 낮 태양은 밝아 별빛을 볼 수 없다
이때, 개기월식을 이용하여, 에딩턴을 두 팀을 아프리카와 남미로 보냈다
개기월식일 때 두 팀은 별들이 다르게 보이는지 측정했다

아이슈타인은 1.74초 정도의 각도 변화가 있을 것이라고 했다
실제로 측정자들의 값은 1.6~1.9초 정도였다

이를 통해, 중력 때문에 빛이 휠 수 있다는 것을 알게 되었다

아이슈타인은 더 궁금했다
'중력에 의해 빛의 경로가 휜다면, 똑같이 빛의 굴절을 가지고 설명 가능하지 않을까?'
문제는 우주에는 내질이 없다는 것!
우주에서 광속은 불변인데 어떻게 휘는걸까?
광속 불변에서, 굴절이 일어나는 것처럼 보이는 방법은 하나!

시간의 속도가 달라지면 됨
시간이 느리게 흐르면 빠르게 오던 빛도 느려지고 휘어짐

아인슈타인 : '빛은 시공간에 따라 직진하는데, 우주의 시공간이 왜곡되어 있어 곡률에 따라 빛이 휘어진다'

예를 들어,
지구 적도 양끝에 있는 두 사람이 극지방을 향해 걸어간다
두 사람은 일직선으로 걷고 있지만, 지구로 보면 둥글게 걷고 있다
이와 같이 육중한 천체에 의해 시공간이 왜곡되어 있는데, 빛도 이에 따라 흐르는 것 뿐!!
이 원리가 중력이 작용하는 것처럼 보이는 것!
중력 ≒ 시공간의 곡률

일상에도 있다
지구 밖에 있는 인공위성!
상대성이론을 고려하지 않고, GPS를 받게 되면 수km 오차의 데이터를 받게 된다

이 원리로 따지면 지표면에 가까울수록 중력 강하게 받아 시간이 느리게 흐른다
하지만 지구 안에서는 티끌의 차이다